JP4555875B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、他の通信装置との間で通信を行う通信装置に関する。

従来、車両の搭載される通信装置において、複数のアンテナのそれぞれで電波を受信し、通信品質がよいアンテナによる電波を採用するダイバーシチアンテナの技術が広く知られている。

また、単独のアンテナを有する通信装置において、アンテナの指向性に特徴を持たせることによって通信品質を向上させる技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３１４０７１号公報

しかしながら、ダイバーシチアンテナの技術では、複数の受信機が必要となるので、受信機構成が大型化するという問題点がある。また、特許文献１に記載の技術では、受信機は１つであるので、受信機構成が大型化する問題点は解決することができるが、アンテナの指向性が一定であるため、都心において路面やビル等による電波の反射を原因とするマルチパスの影響を受けて受信電力にディップ点（著しく受信電力が落ち込む地点）を生じると、通信が中断してしまうという問題点がある。

そこで、上記問題点を鑑み、車両の搭載される通信装置において、受信機を大型化させることなく、ディップ点の影響を受け難くすることができるようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するために成された請求項１に記載の通信装置において、切替制御手段は、相対距離監視手段によって監視された相対距離が、垂直偏波アンテナにより電波を送受信する際に存在するディップ点が現れる距離よりも大きな値に設定された距離閾値以上であれば、切替手段に垂直偏波アンテナを選択させ、距離閾値未満であれば、切替手段に水平偏波アンテナを選択させる。

ここで、垂直偏波アンテナを介して送受信される電波（以下、「垂直偏波電波」という。）は、水平偏波アンテナを介して送受信される電波（以下、「水平偏波電波」という。）と比較して、大地の影響による減衰が少ないため電波の飛距離が長いという特徴がある。しかしながら、垂直偏波電波は、水平偏波電波と比較して、建物等によって電波が反射されるマルチパスの影響を受けやすく、この影響によるディップ点が現れるという特徴もある。なお、ディップ点とは、通信距離が変化したときに、通信電波の信号レベルが急激に落ち込み、通信が不可能になる虞がある地点をいう。

ディップ点においては、垂直偏波電波の信号レベルが低下し、通信が不可能になる虞があるが、このとき水平偏波電波を利用すれば、通信可能な信号レベルが確保できる可能性が高い。ただし、通信相手との距離が大きくなれば、垂直偏波電波のほうが通信可能な信号レベルが確保できる可能性が高い。

そこで、本発明では、ディップ点が発生する距離においてはディップ点の影響を避けるために水平偏波電波を利用し、ディップ点が発生する距離よりも大きな値に設定された閾値以上の距離においては、電波の飛距離を稼ぐために垂直偏波電波を利用する。従って、このような通信装置によれば、複数の通信手段（受信機）を配置する必要がないので装置を大型化させることがない。また、ディップ点の影響を受け難くすることができる
なお、ディップ点が現れる距離は、通信電波の周波数によって依存するため、予め実験的または理論的に測定しておけばよい。また、本発明において「偏波面が地表面に対して略垂直（略水平）となるよう電波を送受信する」とは、送受信される電波が「垂直偏波電波」（「水平偏波電波」）としての上記特徴を有するように電波を送受信することを意味する。

また、請求項１に記載の通信装置において、通信手段は、請求項２に記載のようにＵＨＦ帯の電波を送受信することによって通信を実現するよう構成されていてもよい。
このような通信装置によれば、ディップ点の発生距離において水平偏波電波を利用すれば確実に通信可能な信号レベルを確保することができる。

さらに、請求項１または請求項２に記載の通信装置においては、請求項３に記載のように、当該通信装置が搭載された車両の現在地を検出する現在地検出手段と、通信手段を介して通信相手の位置の情報を取得する位置情報取得手段と、を備え、相対距離監視手段は、現在地と通信相手の位置とに基づいて相対距離を演算するようにしてもよい。

このような通信装置によれば、電波強度等によって相対距離を演算する構成と比較して、高精度に相対距離を演算することができる。よって、ディップ点の発生距離において適切に利用するアンテナを選択することができるので、確実に通信可能な信号レベルを確保することができる。

次に、請求項４に記載のプログラムは、請求項１〜請求項３の何れかに記載の各手段としての機能をコンピュータにて実現するためのプログラムであることを特徴としている。
このようなプログラムによれば、少なくとも請求項１の構成による効果と同様の効果を享受することができる。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。なお、実施の形態は、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
図１は本発明が適用された車車間通信装置１（通信装置）の概略構成を示すブロック図である。車車間通信装置１は、例えば乗用車等の車両に搭載される装置であって、他の車両に搭載され通信相手となる車車間通信装置との間で位置情報等を交換する通信を行い、他の車両の位置や衝突の可能性を乗員に報知することによって、車両同士が衝突することを回避させる機能を有する装置である。なお、車車間通信装置１は、道路近傍に配置され他の車両の位置を検出する機能を有する路側装置との間で通信を行う路車間通信装置として構成されていてもよい。

車車間通信装置１は、図１に示すように、制御部１１（通信手段）、アンテナ切替部１２（切替手段）、垂直偏波アンテナ１３、水平偏波アンテナ１４、ＧＰＳ受信機１５（現在地検出手段）、ＧＰＳアンテナ１６、ナビゲーション装置２１、速度センサ２２、およびジャイロ２３等を備えて構成されている。

垂直偏波アンテナ１３は、偏波面が地表に対して略垂直となるように電波を送受信するアンテナであり、水平偏波アンテナ１４は、偏波面が地表に対して略水平となるように電波を送受信するアンテナである。そして、アンテナ切替部１２は、垂直偏波アンテナ１３および水平偏波アンテナ１４のうちの何れを介して電波を送受信するかを選択する切替経路（切替スイッチ）として構成されている。なお、アンテナ切替部１２は、制御部１１による指令に応じて何れかのアンテナを選択するかが決定される。

ＧＰＳ受信機１５は、周知のＧＰＳ衛星から送信される信号を、ＧＰＳアンテナ１６を介して受信し、この信号に基づいて自身の現在地を検出する。検出された現在地は、制御部１１およびナビゲーション装置２１にて取得される。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた周知のマイコンとして構成されており、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づく各種処理を実施する。なお、各種処理の具体例としては、垂直偏波アンテナ１３または水平偏波アンテナ１４を介して他の車車間通信装置との間で通信を行う処理や、アンテナ切替部１２によって選択するアンテナ１３，１４を切り替えるアンテナ切替処理（図２参照）等が挙げられる。

また、他の車車間通信装置との間で通信する情報の内容としては、例えば、互いの位置や速度（移動ベクトル）の情報等が挙げられる。また、車車間通信装置１において通信に利用する電波の周波数としては、ＵＨＦ帯（例えば搬送波の周波数が７２０ＭＨｚ程度）を利用する。

速度センサ２２は、周知の速度センサであって、車両の走行速度を検出し、この情報をナビゲーション装置２１に送る。また、ジャイロ２３は、周知のジャイロスコープとして構成されており、車両が旋回する際における角速度を検出し、ナビゲーション装置２１に送る。

ナビゲーション装置２１は、地図データが格納されたデータベース（図示省略）とディスプレイ（図示省略）とを備えており、ＧＰＳ受信機１５、速度センサ２２、およびジャイロ２３等から信号を総合的に利用することによって、車両の現在地を精度よく検出し、地図データ上に車両の位置を重ねた地図画像をディスプレイに表示させる。

また、ナビゲーション装置２１は、制御部１１を介して他車両の位置情報を受信すると、この位置情報についてもディスプレイに表示させ、この他車両との衝突の危険性が高くなると、その旨の警告（報知）を行う。

ここで、本実施形態の車車間通信装置１においては、垂直偏波アンテナ１３または水平偏波アンテナ１４のうちの利用するアンテナをアンテナ切替部１２によって切り替える（選択させる）処理を実施するのであるが、このようにアンテナを切り替える処理を実施する理由について図２を用いて説明する。図２は通信相手までの距離と受信電力との関係を、垂直偏波アンテナ１３を利用する場合と、水平偏波アンテナ１４を利用する場合とを比較可能に示したグラフである。

図２に示すように、垂直偏波アンテナ１３を介して送受信される電波である垂直偏波電波は、水平偏波アンテナ１４を介して送受信される電波である水平偏波電波と比較して、通信限界点までの距離が長い（つまり、電波の飛距離が長い）という特徴がみられる。このような特徴がみられる理由としては、垂直偏波電波は水平偏波電波と比較して、大地の影響による減衰が少なくなるためと考えられる。

一方で、水平偏波電波には通信距離が変化したときに、通信電波の受信電力（信号レベル）が急激に落ち込む地点であるディップ点（Ｄ点）が存在しないのに対して、垂直偏波電波はこのディップ点が存在するという特徴がみられる。このような特徴がみられる理由としては、垂直偏波電波は水平偏波電波と比較して、建物等によって電波が反射されるマルチパスの影響を受けやすいためと考えられる。ただし、マルチパスによって電波が増幅されることもあるため、平均的に垂直偏波電波の方が飛距離が長くなるとも考えられる。

ここで、ディップ点においては、受信電力が低下し、通信が遮断される虞があるが、このとき水平偏波電波を利用すれば、通信可能な信号レベルが確保できる可能性が高いといえる。ただし、通信相手との距離が大きくなれば、垂直偏波電波のほうが通信可能な信号レベルが確保できる可能性が高いといえる。

そこで、図３に示すアンテナ切替処理においては、適切に利用するアンテナを切り替えることによって、垂直偏波電波を利用するときのメリット（飛距離が長いこと）および水平偏波電波を利用するときのメリット（ディップ点が存在しないこと）の両方を享受しようとしている。なお、図３は、制御部１１が実行するアンテナ切替処理を示すフローチャートである。また、Ｓ１６０〜Ｓ２１０の処理は、本発明でいう切替制御手段に相当する。

アンテナ切替処理は、例えば図示しないイグニッションスイッチがＯＮ状態にされると繰り返し起動される処理であって、初期状態としては、アンテナ切替部１２は垂直偏波アンテナ１３を選択しているものとする。この処理においては、まず、ＧＰＳ受信機１５による検出結果を取得することによって自車両の現在地を検出する（Ｓ１２０）。

そして、この現在地が交差点近傍（例えば交差点までの距離が通信限界点までの距離以内となる範囲内）等の監視対象領域内であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。なお、この処理においては、制御部１１がナビゲーション装置２１と通信を行い、ナビゲーション装置２１から車両の現在地に関する情報（現在走行中の道路の種別（市街地、幹線道路、国道、生活道路等）、事故多発地帯や交差点までの距離情報等）を取得し、この情報に基づいて判定するようにすればよい。

自車両の現在地が監視対象領域外であれば（Ｓ１３０：ＮＯ）、アンテナ切替部１２に対して垂直偏波アンテナ１３を選択するよう指令を送信し（Ｓ２００）、その後、アンテナ切替処理を初めから繰り返す。また、自車両の現在地が監視対象領域内であれば（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、現在選択されているアンテナを介して通信相手から送信される電波を検出することによって通信相手を検出する（Ｓ１４０）。そして、検出された通信相手との間で自車両の現在地の情報を交換する通信を実施し、各車両の現在地に基づいて相対距離ｄを検出する（Ｓ１５０：相対距離監視手段、位置情報取得手段）。

なお、Ｓ１５０の処理においては、各車両の移動ベクトルの情報を交換する通信を実施してもよく、この場合には、相対距離ｄが今後増加するか或いは減少するかについても特定することができる。また、Ｓ１４０の処理において複数の通信相手が検出された場合には、検出された通信相手毎にＳ１５０の処理を実施し、最も相対距離ｄが短い通信相手のみについてＳ１６０以下の処理を実施するようにしてもよい。

また、通信方式としてＣＤＭＡ方式を採用することによって、複数の通信相手との通信に対応するようにしてもよいし、通信相手毎にタイムスロットを割り当て、時分割通信を実施することに複数の通信相手との通信に対応するようにしてもよい。このように複数の通信相手との通信を実施する場合には、通信相手毎にＳ１６０以下の処理を実施するようにすればよい。

続いて、相対距離ｄが予め設定された距離閾値Ｄ未満であるか否かを判定する（Ｓ１６０）。なお、距離閾値Ｄは、ディップ点が発生する距離よりも若干（例えば１０ｍ程度）大きな値に設定されている。

一方、相対距離ｄが距離閾値Ｄ未満であれば（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、相対距離ｄが減少中であるか否かを判定する（Ｓ１７０）。ここで、相対距離ｄが減少中であることは、Ｓ１５０の処理において各車両の移動ベクトルの情報を交換していれば直ちに判定することができ、また、Ｓ１５０の処理において位置情報のみを交換している場合には、繰り返し相対距離ｄを検出することによって判定することができる。

相対距離ｄが減少中であれば（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、アンテナ切替部１２に対して水平偏波アンテナ１４に切り替えるよう指示し（Ｓ１９０）、その後、アンテナ切替処理を初めから繰り返す。なお、Ｓ１９０の処理の前に、通信相手に対して水平偏波アンテナ１４を使用するよう指示するようにしてもよい（Ｓ１８０）。

一方、Ｓ１６０の処理にて相対距離ｄが距離閾値Ｄ以上である場合（Ｓ１６０：ＮＯ）、および相対距離ｄが減少中でない場合（Ｓ１７０：ＮＯ）には、アンテナ切替部１２に対して垂直偏波アンテナ１３を選択するよう指令を送信し（Ｓ２１０）、その後、アンテナ切替処理を初めから繰り返す。なお、Ｓ２１０の処理の前に、通信相手に対して垂直偏波アンテナ１３を使用するよう指示するようにしてもよい（Ｓ２００）。

上記のように詳述した車車間通信装置１において、制御部１１は、アンテナ切替処理にて、通信相手との相対距離ｄを監視し、この相対距離ｄが、ディップ点が現れる距離よりも大きな値に設定された距離閾値Ｄ以上であれば、アンテナ切替部１２に垂直偏波アンテナ１３を選択させ、距離閾値Ｄ未満であれば、アンテナ切替部１２に水平偏波アンテナ１４を選択させる。

即ち、ディップ点が発生する距離（相対距離ｄ）においてはディップ点の影響を避けるために水平偏波電波を利用し、ディップ点が発生する距離よりも大きな値に設定された閾値Ｄ以上の距離においては、電波の飛距離を稼ぐために垂直偏波電波を利用する。従って、このような車車間通信装置１によれば、装置を大型化させることなく、ディップ点の影響を受け難くすることができる
また、車車間通信装置１において、制御部１１は、ＵＨＦ帯の電波を送受信することによって通信を実現する。

このような車車間通信装置１によれば、ディップ点の発生距離において水平偏波電波を利用すれば確実に通信可能な受信電力を確保することができる。
さらに、車車間通信装置１においては、車車間通信装置１が搭載された車両の現在地をＧＰＳ受信機１５（カーナビゲーション装置２１でもよい。）によって検出し、制御部１１は、アンテナ切替処理にて、通信相手の位置の情報を取得する。そして、制御部１１は、自車両の現在地と通信相手の位置とに基づいて相対距離を演算する。

このような車車間通信装置１によれば、電波強度等によって相対距離を演算する構成と比較して、高精度に相対距離を演算することができる。よって、ディップ点の発生距離において適切に利用するアンテナを選択することができるので、確実に通信可能な受信電力を確保することができる。

ところで、距離閾値Ｄを設定する際には、予め実験的または理論的にディップ点が発生する距離を求めておく必要があるが、本実施形態においては、以下のようなシミュレーションを実施することによってディップ点が発生する距離を求めた。図４は、シミュレーション環境を示す鳥瞰図である。

図４に示すように、距離閾値Ｄを設定するにあたっては、受信側（Ｒｘ）の車両がビルの谷間の道路を車両が走行し、受信側の車両からみてビルの死角に入っている送信側（Ｔｘ）の車両から電波を受信する場合を想定している。より具体的には、５０ｍ×５０ｍ×２０ｍのコンクリート造のビル（ビル間の距離は何れも６．５ｍ）を受信側の車両の進行方向両側に５つずつ並べ、受信側の車両からみて右側のビルであって最も遠いビルと、このビルと隣接し受信側の車両からみて一つ手前のビルとの間に送信側の車両を配置する。

このとき、送信側の車両が配置された道路と受信側の車両が移動する道路との交差点（Ｐ点）を原点とし、送信側の車両はこの原点から２５ｍ離れた位置に固定配置され、送信側の車両はこの原点から２００ｍ離れた位置との間で移動する。そして、この際に受信側の車両にて受信電力をモニタリングする。ただし、電波の送受信には、何れも垂直偏波アンテナ１３を利用している。

なお、電波の送信電力は１００ｍＷであり、搬送波の周波数は７２０ＭＨｚである。また、本シミュレーションにおいては、送信側および受信側のアンテナの指向性を変化させながら複数のサンプルを得た。このシミュレーション結果を図５に示す。

このシミュレーション結果によれば、受信側の車両の位置が変化するにつれて受信電力が大きく増減することが分かる。ここで、受信可能電力を９４ｄＢｍとした場合、車両位置（座標）が−１１０ｍ〜−１３０ｍの間で受信電力が受信可能電力を下回る可能性があることが分かる。したがって、電波の送信電力は１００ｍＷであり、周波数は７２０ＭＨｚである場合には、距離閾値Ｄを１４０ｍ程度に設定しておけばよいといえる。

なお、ディップ点が発生する距離は、周波数等の条件によって変化することが予想されるため、距離閾値Ｄは、周波数等の条件によって変更可能に構成しておけばよい。

車車間通信装置１の概略構成を示すブロック図である。 通信相手までの距離と受信電力との関係を、垂直偏波アンテナ１３を利用する場合と、水平偏波アンテナ１４を利用する場合とを比較可能に示したグラフである。 アンテナ切替処理を示すフローチャートである。 シミュレーション環境を示す鳥瞰図である。 送信側および受信側のアンテナの指向性を変化させながら複数のサンプルを得た。このシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１…車車間通信装置、１１…制御部、１２…アンテナ切替部、１３…垂直偏波アンテナ、１４…水平偏波アンテナ、１５…ＧＰＳ受信機、１６…ＧＰＳアンテナ、２１…ナビゲーション装置、２２…速度センサ、２３…ジャイロ。

Claims (4)

1. 車両に搭載され他の通信装置との間で通信を行う通信装置であって、
   偏波面が地表面に対して略垂直となるよう電波を送受信する垂直偏波アンテナ、または偏波面が地表面に対して略水平となるよう電波を送受信する水平偏波アンテナ、を選択して切り替える切替手段と、
   前記切替手段によって選択されたアンテナを利用して電波の送受信を行う通信手段と、
   通信相手となる通信装置までの相対距離を監視する相対距離監視手段と、
   前記相対距離監視手段によって監視された相対距離が、前記垂直偏波アンテナにより電波を送受信する際に存在するディップ点が現れる距離よりも大きな値に設定された距離閾値以上であれば、前記切替手段に前記垂直偏波アンテナを選択させ、前記距離閾値未満であれば、前記切替手段に前記水平偏波アンテナを選択させる切替制御手段と、
   を備えたことを特徴とする通信装置。
2. 前記通信手段は、ＵＨＦ帯の電波を送受信することによって通信を実現すること
   を特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 当該通信装置が搭載された車両の現在地を検出する現在地検出手段と、
   前記通信手段を介して通信相手の位置の情報を取得する位置情報取得手段と、
   を備え、
   前記相対距離監視手段は、前記現在地と通信相手の位置とに基づいて前記相対距離を演算すること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の各手段としての機能をコンピュータにて実現するためのプログラム。